李秋香 孔令濤

兗礦魯南化工有限公司 山東 滕州 277500

現(xiàn)階段自動(dòng)化儀表作為石油化工企業(yè)開采的基礎(chǔ)設(shè)備之一，在國(guó)內(nèi)外的石油化工行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛了，自動(dòng)化儀表對(duì)保障產(chǎn)品生產(chǎn)、加工的品質(zhì)，提高設(shè)施設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性具有重要作用，應(yīng)該充分考慮自動(dòng)化儀表選型的先進(jìn)性、科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)學(xué)等。隨著技術(shù)的革新智能化的儀表其發(fā)展經(jīng)歷了自動(dòng)測(cè)量、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的過程，在功能多樣性和適應(yīng)性方面得到很大的提升。更好地設(shè)計(jì)設(shè)備不僅使其功能得到改善，而且很大程度上提高工作效率，對(duì)其進(jìn)行更好的分析，才能夠使石油化工的企業(yè)得到更好的發(fā)展[1-2]。

1 石油化工自動(dòng)化儀表概述

自動(dòng)化儀表是石化工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、顯示、記錄或者控制的基礎(chǔ)，科學(xué)的使用控制系統(tǒng)及儀表類型對(duì)于保證正常企業(yè)生產(chǎn) 和設(shè)備安全是至關(guān)重要。[3]在現(xiàn)代國(guó)內(nèi)工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域，石油化工工業(yè)各類機(jī)械設(shè)備使用較多，為使應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)效率和精準(zhǔn)度整體提高，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)?？萍佳芯堪堰@些設(shè)想作為重要科研方向，逐漸在開采工作中使用自動(dòng)化儀表[4]。通過使用微型計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)化儀表的中心控制系統(tǒng)，可以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制能力，修正儀表的測(cè)量誤差，提高自動(dòng)化儀表測(cè)量的精準(zhǔn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展石油化工的企業(yè)面臨智能化、信息化的轉(zhuǎn)型升級(jí)，石油化工儀表自控系統(tǒng)也進(jìn)入智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模型化的發(fā)展期。

2 自動(dòng)化控制技術(shù)在石油化工儀表的設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)的技術(shù)難題分析

現(xiàn)階段在石油化工行業(yè)中自動(dòng)化儀表是使用頻率較高的設(shè)備之一，我國(guó)在儀表的設(shè)計(jì)或是使用都有著特別嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)的質(zhì)量關(guān)系到化工企業(yè)的生產(chǎn)，[5]目前在化工自動(dòng)化儀表的設(shè)計(jì)中還存在諸多問題，部分設(shè)計(jì)人員在對(duì)化工自動(dòng)儀表進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，忽略自動(dòng)儀表適合化工企業(yè)生產(chǎn)需求儀表選型缺乏科學(xué)性、不能達(dá)到選型統(tǒng)一，導(dǎo)致自動(dòng)化儀表選型不能進(jìn)行合理的選擇?；て髽I(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中自動(dòng)化儀表的使用頻率越來越高，石油化工儀表自動(dòng)化技術(shù)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)[6]對(duì)生產(chǎn)中各種設(shè)備進(jìn)行很好的監(jiān)控，同時(shí)對(duì)于化工企業(yè)各部門生產(chǎn)模式的控制力有著重要作用。目前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元件選擇、軟件編程上還存在諸多問題，從而影響儀表在化工生產(chǎn)中得不到充分的應(yīng)用，同時(shí)使用壽命受到影響，化工自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)質(zhì)量還亟待解決。

2.2 自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)要注意的問題

自動(dòng)化儀表是石化工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、顯示、記錄或者控制的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該綜合考慮自動(dòng)化儀表在工藝流程、自動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)的影響因素，為減少企業(yè)成本還需重點(diǎn)考慮運(yùn)行費(fèi)用，[7]結(jié)合控制系統(tǒng)和檢測(cè)點(diǎn)的重要程度，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)學(xué)、科學(xué)性以及先進(jìn)性設(shè)計(jì)原則，最終選擇符合現(xiàn)代化石油化工作業(yè)的自動(dòng)化儀表類型。

3 自動(dòng)化儀表在石油化工發(fā)展中的應(yīng)用

（1）自動(dòng)化儀表溫度檢測(cè)：在石油化工的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或管道內(nèi)界質(zhì)溫度一般都需要指示控制，溫度范圍為-200～1800℃之間。大多數(shù)采用接觸式測(cè)量，用雙金屬的水銀溫度計(jì)替代玻璃制溫度計(jì)。[8]常用熱電偶、熱電阻直接進(jìn)入dcs或其它溫度采集儀表。在石油化工的開采現(xiàn)場(chǎng)，壓力表連接著關(guān)系人民的安全儀表是最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。壓力傳感器以及特殊壓力的儀表通常由壓力敏感元件和信號(hào)處理單元組成，能耐高溫用于脈動(dòng)介質(zhì)、粉狀、粘稠狀、易結(jié)晶介質(zhì)中測(cè)量壓力。再就物位儀表而言，在石化行業(yè)中基本都是液位測(cè)量占據(jù)主要地位，除浮力儀表之外，物料儀表基本沒有通用產(chǎn)品。在石油化工行業(yè)中經(jīng)常要對(duì)靜設(shè)備中成品、半成品、原料的液位進(jìn)行測(cè)量，但由于被測(cè)物料的不同因而除浮力式儀表外物位儀表不可以通用，常采用的測(cè)量方式有超聲波式、雷達(dá)式、浮力式、靜電式和電容式。

（2）石化工業(yè)控制策略：DCS是新一代工業(yè)自動(dòng)化過程控制設(shè)備的集散控制系統(tǒng)，在石化工業(yè)的設(shè)備大型化、工藝流程、工藝參數(shù)等的自動(dòng)化連接、順序和批量等一些控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能模塊及模塊之間連接的功能構(gòu)成反饋控制回路。[9]智能化算法如智能PID控制器和多變量控制等都在石油化工行業(yè)普遍應(yīng)用，主要以DCS為基礎(chǔ)控制也可以單獨(dú)控制。在傳統(tǒng)的石油化工生產(chǎn)過程中一個(gè)控制室相對(duì)應(yīng)的只有一個(gè)裝置，隨著技術(shù)的革新目前一個(gè)控制室往往含多個(gè)裝置，甚至以CRT或者LCD屏幕通過一個(gè)獨(dú)立的控制中心完成全廠的控制。人機(jī)界面主要使用DCS的操作站屏幕是智能化操作控制顯示裝置，可以使操作人員輕易地進(jìn)行操作，在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中具有重要作用。

（3）計(jì)算功能：自動(dòng)化儀表中有微型的計(jì)算機(jī)，使得自動(dòng)化儀表的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)信息處理能力得到了很大的提高，從而使自動(dòng)化儀表能夠處理更加復(fù)雜、更加龐大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，且計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了很大的提高，對(duì)于石油化工行業(yè)的發(fā)展起到了很大的作用。在石油化工生產(chǎn)測(cè)量工作方面，經(jīng)常會(huì)遇到線性化處理、自檢自校、測(cè)量數(shù)值和工程數(shù)值的轉(zhuǎn)換以及抗干擾方面的問題，通過自動(dòng)化儀表中的微信計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的未處理軟件能夠有效解決上述計(jì)算問題，不僅降低了石油化工生產(chǎn)中硬件設(shè)施的負(fù)擔(dān)，自動(dòng)化儀表還可以完成檢索、優(yōu)化等方面的工作，在計(jì)算功能方面的能力較為突出。

（4）編程功能：在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在儀表中，使得自動(dòng)化儀表可以編程，在儀表中加入了計(jì)算機(jī)軟件，這些軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于硬件邏輯電路的代替，從而使儀表的許多性能都得到了提高。同時(shí)，在相應(yīng)的控制電路中，還可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)接口芯片的有效利用，可以使自動(dòng)化儀表能夠?qū)?fù)雜的功能進(jìn)行控制。將計(jì)算機(jī)軟件與自動(dòng)化儀表相結(jié)合，可以使工業(yè)生產(chǎn)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，通過自動(dòng)化儀表編程的邏輯來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常規(guī)電路和硬件，是自動(dòng)化儀表的主要優(yōu)勢(shì)之一。

（5）記憶功能：傳統(tǒng)儀表所采用的電路是組合邏輯電路和時(shí)序電路，電路儀表中的記憶功能較為落后，記憶程度較低，只能夠?qū)δ承┨囟〞r(shí)刻的設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行基本且簡(jiǎn)單的記憶，而且隨著時(shí)間逐漸發(fā)生變化，儀表的工作狀態(tài)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，所以儀表之前所記錄的數(shù)據(jù)和信息就會(huì)被新的信息所取代，所記憶的舊的數(shù)據(jù)和信息就會(huì)消失，這對(duì)于石油化工生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生不利于影響。但是將微型計(jì)算機(jī)加入到自動(dòng)化儀表之中，通過微型計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，可以對(duì)所有狀態(tài)下的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶，且不會(huì)因新的數(shù)據(jù)覆蓋而導(dǎo)致之前記憶的數(shù)據(jù)消失，可以實(shí)現(xiàn)記憶數(shù)據(jù)永久保存，而且對(duì)之前某一時(shí)刻只能對(duì)一種狀態(tài)進(jìn)行記憶的情況，作出了相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間段內(nèi)記憶多種數(shù)據(jù)。

4 石油化工自動(dòng)化儀表控制的優(yōu)化

智能控制和優(yōu)化在現(xiàn)代控制論的推動(dòng)下，各種智能化算法在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍廣泛，除智能PID控制器外多變量控制目前在石化行業(yè)、煉油的技術(shù)應(yīng)用已日益成熟。[13]主要以 dcs 作為控制基礎(chǔ)，可以是獨(dú)立的也可以是一個(gè)軟件包，與多變量動(dòng)態(tài)過程軟測(cè)量技術(shù)、模型辨識(shí)技術(shù)相關(guān)，通過pid 串級(jí)與測(cè)控控制相結(jié)合的方式，現(xiàn)在應(yīng)用較多的是煉油廠。目前石油化工企業(yè)正在由一個(gè)裝置一個(gè)控制室向一個(gè)控制室數(shù)個(gè)裝置或中央控制室全廠監(jiān)測(cè)的方式過渡。主要以CRT或LCD屏幕顯示為主，輔以少數(shù)顯示儀表和指示燈，從鼠標(biāo)、鍵盤操作為主，輔以觸摸屏及少數(shù)旋鈕和按鈕，工業(yè)電視攝像頭攝取的畫面也由專用屏幕逐步納入以DCS操作站的屏幕。

5 石油化工自動(dòng)化儀表的安全系統(tǒng)

隨著化工裝置的規(guī)模越來越大，由于生產(chǎn)設(shè)備大型化、工藝流程、工藝參數(shù)復(fù)雜等，易爆、有毒介質(zhì)泄漏、易燃和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求高等因素，安全性要求日益提高，大部分石油化工企業(yè)主要采用DCS安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)保障生產(chǎn)的安全性與穩(wěn)定性。為進(jìn)一步滿足石化企業(yè)的需求自動(dòng)化IEC615ll的安全儀表系統(tǒng)（SIS），功能安全還結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)度、安全指標(biāo)、安全完整等級(jí)（SIL）等，多數(shù)應(yīng)用于石油和化工系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立于DCS系統(tǒng)的控制單元，在工藝發(fā)生危險(xiǎn)狀況時(shí)，對(duì)設(shè)備、環(huán)境等進(jìn)行緊急的啟停、開關(guān)操作；其安全級(jí)別高于DCS。

6 石油化工自動(dòng)化儀表的發(fā)展趨勢(shì)

在石油化工規(guī)模集群化發(fā)展和生產(chǎn)效率、生產(chǎn)力發(fā)展不斷提升的大趨勢(shì)下，隨著科技的不斷革新各類型的自動(dòng)化儀表從種類設(shè)計(jì)或功能性比舊工業(yè)時(shí)代的更具優(yōu)勢(shì)，為了利于集中控制和集中管理，可選用工業(yè)微機(jī)或可編程序控制器（PLC）等數(shù)字控制系統(tǒng)；[15]三是以插入式為代表的自動(dòng)化儀表安裝程序也會(huì)日益變得簡(jiǎn)便。石油化工企業(yè)發(fā)展時(shí)要不斷的對(duì)自動(dòng)化的控制水平進(jìn)行提高，通過技術(shù)、設(shè)備創(chuàng)新促使企業(yè)在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)下占據(jù)重要的地位，使企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力得到提高。

7 結(jié)束語(yǔ)

石油化工行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)保障，直接影響著國(guó)計(jì)民生和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他部門。而在化工生產(chǎn)過程中自動(dòng)儀表的控制技術(shù)日益深入，對(duì)生產(chǎn)起著越來越重要的作用。隨著自動(dòng)化儀表的控制技術(shù)應(yīng)用范圍與規(guī)模的不斷擴(kuò)大，控制技術(shù)也將會(huì)邁入一個(gè)更高的階段。自動(dòng)化儀表隨著石油化工領(lǐng)域的發(fā)展而進(jìn)步，自動(dòng)化已經(jīng)成為儀表領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。與數(shù)字化、智能化技術(shù)等深度融合后，使得儀表不再是一種簡(jiǎn)單的技術(shù)參數(shù)顯示設(shè)備，而是一種集成化的綜合控制設(shè)備，增加了許多實(shí)用的功能，比如可編程功能、記憶功能等，使得儀表在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用效果更加突出。